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  • 2020年 第11卷 第4期 刊出日期:2020-12-30 上一期    下一期
    综述与展望
    锂离子电池固体电解质的研究与进展
    穆道斌, 谢慧琳, 吴伯荣
    2020, 11(4):  415-427.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.04.001
    摘要 ( 473 )   HTML ( 265)   PDF (1820KB) ( 849 )  

    固态锂离子电池因具备能量密度高、安全性能好等优点,已经成为了未来动力电池的主流发展方向。该文详细梳理了固态锂离子电池的组成和特性以及其核心组成部分─固体电解质的类型与研究进展;简述了当前固态锂离子电池的研发现状,重点阐述了石榴石型锂镧锆氧(Li7La3Zr2O12)基固体电解质在改善锂离子电导率以及界面调控的研究。该类型固体电解质凭借良好的室温离子电导率、优异的金属锂复合相容性,以及在应用环境下可靠稳定的突出特性,有望成为未来全固态锂离子动力电池的重要组成单元。指出固体电解质材料的研发势将会对未来固态锂离子动力电池乃至电动汽车领域的发展提供巨大的推力,前景广阔。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    商用车动力总成最高系统效率的探讨
    胡浩然, 袁悦博, 安莉莎, 王贺武
    2020, 11(4):  428-443.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.04.002
    摘要 ( 459 )   HTML ( 207)   PDF (3203KB) ( 285 )  

    能源安全和环境污染等问题使提升车辆系统效率成为热点研究对象。该文综述并比较了内燃机、纯电动、燃料电池以及混合动力等多种能源方式的车辆动力总成效率,以及先进内燃机燃烧技术、高压共轨燃油系统、混合动力总成系统,梳理了内燃机车用动力总成热效率从1960年的30% 提升到目前的50% 左右的历程,指出提升内燃机动力总成的热效率挑战会越来越大。工业界将注意力集中在纯电动和以氢为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)上,并在产业化方面取得了进展,但是纯电动动力总成由于电池自身的重量和充电速率等问题,限制了其在长途货运市场的应用;氢燃料电池在氢气的制备、储存和运输等方面仍然存在很大挑战,特别是在氢气的储运技术方面还有待突破。固态氧化物燃料电池(SOFC)具有能源多样化、能源转换效率高等优点;以金属支撑为代表的第3代SOFC在启动次数、启动时间和耐久性得到了大幅提升;随着其功率密度、快速启动性能的进一步改进, 在不久的将来,高效固态氧化物燃料电池车用动力总成的产业化将成为现实。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    汽车安全
    增高垫型CRS对小偏置碰撞中儿童乘员的损伤与防护
    韩勇, 吕春成, 唐斌, 黄红武, 罗洁思, 余意
    2020, 11(4):  444-453.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.04.003
    摘要 ( 225 )   HTML ( 180)   PDF (4146KB) ( 220 )  

    探究了6岁儿童乘员在汽车小偏置碰撞中使用增高垫型儿童约束系统(CRS)时的损伤风险与防护措施。基于2017版美国公路安全保险协会(IIHS)测试规程,采用THUMS 6YO儿童人体有限元模型,建立汽车25%重叠率刚性壁障正面碰撞仿真模型。对比分析了有、无靠背的两种CRS有限元模型的运动学响应及头部、胸部等损伤物理参数。结果表明:汽车小偏置碰撞中6岁儿童乘员同时具有前向和侧向位移;无靠背的增高垫型CRS约束下的儿童乘员头部和胸部加速度值均大于有靠背的约束工况,并伴有下潜现象发生。针对损伤风险对儿童约束系统装有限力器的安全带在降低碰撞过程中乘员的胸部合成加速度和肋骨骨折风险上更优于装有的充气式安全带情况,但在一定程度上会增加头部损伤风险。

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    复杂道路下自动驾驶车辆的横向运动鲁棒控制策略
    高秀晶, 陶林君, 黄红武, 刘显贵
    2020, 11(4):  454-461.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.04.004
    摘要 ( 438 )   HTML ( 41)   PDF (6517KB) ( 391 )  

    针对自动驾驶横向控制在路面曲率变化、路面超高和侧风干扰等复杂道路下存在精度低和稳定性差的问题,提出了一种基于曲率平滑优化算法和反步滑模的自动驾驶横向运动鲁棒控制策略。通过三次均匀B-样条曲线,设计曲率平滑优化算法并生成平滑目标路径;分析外界干扰影响机理,优化车辆动力学模型并建立误差模型;设计了基于反步滑模的自动驾驶横向控制器。通过TruckSim、MATLAB/Simulink联合仿真,对该方法进行验证和评价。结果表明:该方法在路面曲率变化、路面超高和侧风干扰的复杂道路下,应对不同速度均保持良好的控制性能,具有较好的路径跟踪精度和控制稳定性。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于最优预瞄和模型预测的智能商用车路径跟踪控制
    李耀华, 刘洋, 冯乾隆, 南友飞, 何杰, 范吉康
    2020, 11(4):  462-469.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.04.005
    摘要 ( 234 )   HTML ( 26)   PDF (2237KB) ( 288 )  

    为解决智能商用车路径跟踪问题,采用一种最优预瞄控制策略。根据商用车航向角与路径曲率的关系,引入航向角偏差反馈控制;根据车速与预瞄距离的关系,提出了变权重因数的多点预瞄距离确定方法。为了保证商用车路径跟踪的稳定性,采用模型预测控制策略,对车轮侧偏角进行约束。通过TruckSim与Simulink联合仿真,对比分析了侧向偏差、横摆角速度和前轮侧偏角变化情况。结果表明:最优预瞄控制策略对车速变化具有较好的适应性,但当路面附着因数较低时,车辆会失去稳定性;模型预测控制策略对车速和路面附着因数变化都具有较好的适应性,行驶稳定性更好,且比最优预瞄控制策略具有更精确的路径跟踪效果。

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    基于单牵引轨道的两轮车与机动车联动碰撞测试
    李月明, 周大永, 商恩义
    2020, 11(4):  470-475.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.04.006
    摘要 ( 227 )   HTML ( 18)   PDF (1650KB) ( 135 )  

    为降低两轮车与汽车发生碰撞造成的伤害,提出一套基于单牵引轨道实现两轮车与机动车联动碰撞的测试方案。在该方案中,以自行设计的、压缩空气为动力源的简易驱动机构,来实现两轮车不同角度、不同速度的运行模式;在牵引系统拖动机动车行进过程中,通过碾压特定位置的带状开关,来控制两轮车驱动机构的启动时机,实现特定运行状态下的两轮车与机动车在设定位置发生碰撞。该方案可模拟两轮车与机动车前、后、侧围等任意位置的碰撞形式,且撞击精度小于±25 mm。因而,实现了在单牵引轨道上两轮车与机动车联动碰撞的高精度试验能力。这为道路弱势群体(VRU)保护技术研究提供一种基础测试方法。

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    基于主动优化的无人驾驶客车实时性运动规划算法
    周扬, 谢辉, 肖蓬勃, 刘昊, 修国涛
    2020, 11(4):  476-486.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.04.007
    摘要 ( 319 )   HTML ( 34)   PDF (2396KB) ( 309 )  

    为提高自动驾驶客车运动规划的实时性、舒适性和安全性,提出了基于主动优化的实时运动规划算法。以车道中心线为参考线,建立Station-Lateral坐标系并综合考虑车辆轨迹平顺性等指标,构建代价函数;限定采样空间保证实时性,产生一组较优的横向偏移和纵向速度组合作为基础轨迹。使用模型预测轨迹生成方法,主动地优化轨迹质量。进行了虚拟仿真测试和实车试验。结果表明:该算法在车载低功耗嵌入式计算平台的计算时间平均为48.3 ms,实时性能够能满足城市道路下典型路况的需求。相比于单一的采样方法,算法的轨迹曲率变化率标准差平均降低18.35%。因而,该算法可使自动驾驶客车具备较好的舒适性和安全性。

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    基于磁流变缓冲吸能装置的汽车碰撞仿真分析
    屈贤, 林繁国, 张金龙
    2020, 11(4):  487-492.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.04.008
    摘要 ( 263 )   HTML ( 20)   PDF (2525KB) ( 136 )  

    为解决汽车保险杠吸能效率低、自适应差等问题,针对磁流变液响应快、易于控制等特点,提出了一种磁流变(MR)缓冲器结构。考虑碰撞过程中磁流变缓冲器内部压差影响,构建了磁流变缓冲器动力学模型;基于该动力学模型,建立了含磁流变缓冲装置的整车有限元模型,运用LS-DYNA进行碰撞吸能仿真试验。结果显示:相对传统吸能式保险杠,装有磁流变缓冲吸能装置的整车变形量减少36%;碰撞力峰值左右侧B柱加速度峰值明显减小;前围板最大侵入值减少47.3 mm。这表明磁流变缓冲装置可有效降低汽车碰撞对人员的伤害,提高汽车被动安全性。

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    基于视觉的高速公路施工区车路协同系统的驾驶分心
    杨家夏, 李雪玮, 赵晓华, 冯笑凡
    2020, 11(4):  493-502.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.04.009
    摘要 ( 288 )   HTML ( 32)   PDF (2545KB) ( 182 )  

    为明确车路协同系统(CVIS)对驾驶分心的影响,提升车路协同系统在高速公路施工区场景下的安全应用水平,该文基于驾驶模拟技术搭建车路协同仿真测试平台并开展实验,从注视分配和分心程度两个层面构建指标体系,采用配对T检验和非参数检验比较有无车路协同系统条件下各指标的差异。车路协同车载终端人机交互界面 (HMI) 使用后,驾驶人前方道路注视时间比例与注视次数比显著降低,分心指数及单位分心指数显著升高。结果表明:车路协同HMI会占用驾驶人视觉资源并具有分心隐患。因而,车路协同安全评估及HMI设计优化是必要的。

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    搭载改进滑模控制的自动驾驶汽车轨迹跟踪控制
    李磊, 李军, 张世义
    2020, 11(4):  503-510.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.04.010
    摘要 ( 381 )   HTML ( 35)   PDF (3030KB) ( 260 )  

    为了提高自动驾驶汽车在各种干扰因素下轨迹跟踪控制的鲁棒性,提出了一种改进滑模控制的鲁棒控制器。通过采用时变误差模型来设计滑模面, 而不是恒定滑模面,进而缩短滑模控制器到达滑动阶段的时间。利用了MATLAB对改进后的滑模控制器,进行了滑模面仿真、变道工况仿真以及超车工况仿真,并与未改进的滑模控制器进行了对比。结果表明:改进后的滑模控制器到达滑动阶段的时间减少了33.10%;在变道仿真工况中鲁棒性提高了7.44%;在超车仿真工况中鲁棒性提高了10.45%。因而,在自动驾驶汽车轨迹跟踪控制研究中,该控制器可以提升控制鲁棒性。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于行为计划理论的行人心理风险影响特性
    袁泉, 于迪, 肖睿轩, 石屹, 王明直
    2020, 11(4):  511-517.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.04.011
    摘要 ( 185 )   HTML ( 22)   PDF (1526KB) ( 105 )  

    为避免行人碰撞事故,亟待从人因着手,对交通环境中行人所面临的安全风险进行深入研究。本文基于行为计划理论,采用数据量化分析与实地调查研究方法,提取出影响行人对安全风险认知的外在因素与内在特质,主要包括交通环境、其他交通参与者的行为、电子产品、社会压力、自身道德约束及行为习惯等,进一步构建行人在交通参与过程中的心理图像。结果表明:风险意图方面,男性明显高于女性;天气和光线方面,随着光线变暗,行人注意力显著提高;以老年人、青少年组成的行人会让他人提高警惕,而组成多为中年人则让人倍感轻松;影响行人风险行为意图的因素主要分为环境、交通经历和自身约束等。研究结果可以为改善交通环境、设立提醒警示标识提供理论参考,也为研究如何降低行人面临的安全风险提供新思路。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    汽车节能与环保
    压缩比对双燃料发动机中高负荷影响的试验和模拟
    任烁今, 张明, 郭勇, 颜燕, 王志, 王建昕
    2020, 11(4):  518-528.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.04.012
    摘要 ( 144 )   HTML ( 21)   PDF (3083KB) ( 96 )  

    为了解决多缸内燃机双燃料燃烧在中高负荷粗暴燃烧的问题,该文先后采用试验和模拟的方法研究了降低压缩比(CR)对双燃料燃烧中高负荷特性的影响。结果表明:试验中随着压缩比从17.4降低至14.5,均质混合引燃 (HCII)燃烧能够达到的最高汽油比例从33%左右上升至54 %左右。NOx、碳烟(Soot)和CO排放均能够进一步降低,而碳氢化合物总量(THC)排放则有所增加。模拟中,压缩比降低后汽油组分局部温度降低可达到750 K左右; 双燃料燃烧的NOx和Soot主要产生于柴油扩散燃烧区域,随着汽油比例的升高NOx和Soot排放可得到降低;汽油自燃可以有效消除燃烧室狭缝中残留的THC以及汽油不完全燃烧产生的CO排放。总之,通过适当降低压缩比能够在一定程度上改善双燃料燃烧在中高负荷的粗暴燃烧问题,并改善其燃烧排放特性。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于物理模型和支持向量机的柴油机冷却系统故障诊断算法
    朱观宏, 宋康, 谢辉, 陈韬, 钱振环
    2020, 11(4):  529-537.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.04.013
    摘要 ( 283 )   HTML ( 25)   PDF (3037KB) ( 228 )  

    为了对可监测变量少、时间尺度大、耦合性强的柴油机冷却系统的故障进行有效监测和准确诊断,设计了一种结合同步运行物理模型和小样本数据驱动的智能诊断算法。算法中建立了一个基于冷却系统物理原理的简化模型。利用模型实时预测的水温和实际水温的残差作为故障诊断的信息依据,并将信息输入支持向量机(SVM)进行分类,辨识故障原因。利用GT-SUITE柴油机模型对算法进行仿真测试,在车辆故障工况下对算法进行了试验测试。结果表明:该算法对故障的识别准确度在97 %以上,诊断用时在45 s以内,显示出该诊断算法对冷却系统故障有良好的监测能力和准确辨识的潜力。

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    多自由度球形感应电机的驱动控制策略
    丁镇涛, 邓涛, 吴昌军, 尹燕莉, 周丹
    2020, 11(4):  538-545.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.04.014
    摘要 ( 413 )   HTML ( 32)   PDF (4756KB) ( 201 )  

    为实现城市微型电动汽车全方位转向功能,对新型多自由度(multi-DOF)球形感应电机(SIM)驱动控制策略进行仿真。从SIM设计原理和结构特性出发,提出了一种多自由度驱动控制策略。分析SIM转矩输出情况;以球形转子偏转角度为依据,设定4个工作扇区;通过判断球形转子偏转角度所在扇区位置,来调整各定子工作状态;采用直接转矩控制策略,使各定子在球形转子上产生的转矩输出沿目标方向。结果表明:该SIM控制策略可实现2个自由度的旋转驱动控制,且转子无偏转角度限制,同时具有良好的动态特性和跟随性能。从而,验证了驱动控制策略的可行性和合理性。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于多工况分析的插电式混合动力汽车节能控制策略
    牛亚卓, 聂国乐, 杨建军, 刘双喜, 白巴特尔
    2020, 11(4):  546-552.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.04.015
    摘要 ( 240 )   HTML ( 20)   PDF (2337KB) ( 191 )  

    为了获得插电式混合动力汽车(PHEV)的能量管理控制策略及其节油效果,分别采用稳态工况、加速工况、制动工况以及新欧洲行驶循环(NEDC)工况,开展不同运行模式的试验分析,并搭建传统动力仿真模型进行对比。结果表明:仅低充电状态(SOC)、中低油门开度下,电机和发动机的转矩分配策略受到影响;该车辆整车需求功率在5 kW以内时采用纯电驱动,避开了发动机低效率区域;车辆进入制动能量回收模式时,电机仅提供最大50 kW的回收功率。车辆的节油率达到23.4%。因此,该PHEV车型实现了合理的运行模式管理,高效的发动机运行效率以及高效的能量利用率。

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    固体氧化物燃料电池系统的复合优化在线控制策略
    罗浩文, 吴小娟, 张铭涛
    2020, 11(4):  553-559.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.04.016
    摘要 ( 165 )   HTML ( 21)   PDF (2683KB) ( 110 )  

    为高效安全运行固体氧化物燃料电池(SOFC),提出了一种考虑温度梯度瞬态响应的在线优化的2层复合控制策略。在优化层,用神经网络预测功率变化,采用粒子群优化(PSO)算法获取了不同功率下的系统最优操作曲线。在控制层,考虑负载的瞬态波动,以复合控制器跟踪系统最优工作点。结果表明:长短期记忆(LSTM)神经网络比非线性自回归神经网络(NARNN)对功率的预测均方根误差减少了20.2 W,预测精度更高;该复合控制器和传统的比例-积分-微分(PID)控制器对电堆温度、燃料利用率和空气过氧比的控制效果都较好;在负载功率快速变化时,复合控制器的温度梯度瞬态响应更小,且在阈值之下,避免系统出现过高的温度梯度。

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